JP3915239B2 - 光学視覚装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示ディスプレイによる表示画像を虚像として拡大観察する光学視覚装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、医療上の情報を得るために、或いはバチャルリアリティの目的で、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）の表示画像を虚像として拡大観察する光学視覚装置として、眼前に表示画像を虚像として拡大観察するディスプレイ部が位置するように、観察者の頭部に装着されるヘッドマウントディスプレイが使用されるようになってきた。
【０００３】
この種の従来の光学視覚装置は、図２に示すような構成となっていて、観察画像が表示される液晶ディスプレイ１の背後に、液晶ディスプレイ１に照明光を照射する光源８が配置され、液晶ディスプレイ１に対向してハーフミラー２が配設され、ハーフミラー２からの反射光が入射される凹面鏡３が、ハーフミラー２に対向して配設されている。
そして、光源８、液晶ディスプレイ１、ハーフミラー２及び凹面鏡３が、ディスプレイ部として、共通の筐体内に収納され、図示せぬ頭部装着具によって、ディスプレイ部が観察眼の前に位置するように、観察者の頭部に装着されるように構成されている。
【０００４】
この従来の光学視覚装置では、図２に示すように、液晶ディスプレイ１が、光源８からの照明光によって背面から照射され、液晶ディスプレイ１の表示画像の光Ｌ１がハーフミラー２に入射し、ハーフミラー２のハーフコーティングが施された上面で反射した光Ｌ２が凹面鏡３に入射し、凹面鏡３で液晶ディスプレイ１の表示画像の拡大虚像が作成され、この拡大虚像の光が、正規光Ｌａとして凹面鏡３からハーフミラー２を透過して観察眼５に入射し、観察者によって、液晶ディスプレイ１の表示画像の虚像が拡大観察される。
【０００５】
前述の従来の光学視覚装置では、液晶ディスプレイ１の表示画像の光Ｌ１の一部が、ハーフミラー２内に侵入し、侵入光の一部が、ハーフミラー２の底面で反射し、ハーフミラー２の上面から屈折して放出され、凹面鏡３の表面で反射して、ハーフミラー２を透過し、ゴースト光として観察眼５に入射し、観察者が観察する表示画像の拡大虚像に、ゴースト光に基づくゴースト像が重畳されて表示さすることが知られている。
【０００６】
このようにして発生するゴースト光を除去するために、本願の出願人は、特開平９−３０４７２８号公報において、ハーフミラーを楔型形状の厚さの異なる構造とし、ハーフコーティングが施された面に対向する傾斜面の傾斜角度及び屈折率を設定することにより、観察眼の位置における正規光とゴースト光を重ね合わせて、高光度の正規光のみが見えるようにするか、ゴースト光を視野外に反射させることを提案しており、前述のゴースト光の発生の問題はすでに解決されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この種の光学視覚装置では、以上に説明したゴースト光の他に、液晶ディスプレイ１での多重反射によってゴースト光が発生し、このゴースト光に基づくゴースト像が、表示画像の拡大虚像に重畳表示されることがある。
【０００８】
この種のゴースト像の発生を図３を参照して説明する。
光源８からの照明光で背面から照射される液晶ディスプレイ１の表示画像の光Ｌ１は、同図（ａ）に示すように、ハーフミラー２のハーフコーティングが施された上面で反射されて、凹面鏡３に入射する光Ｌ２となり、凹面鏡３で反射して光Ｌ３となる。光Ｌ３のうちハーフミラー２の上面で反射して光Ｌ４として液晶ディスプレイ１に入射する部分はゴースト光の基となり、ハーフミラー２を通過する分は像として認識される。
この光Ｌ４は、液晶ディスプレイ１で反射して、同図（ｂ）に示すように光Ｌ５となり、光Ｌ５はハーフミラー２の上面で反射して、光Ｌ６として凹面鏡３に入射し、凹面鏡３で反射した光Ｌ７が、ハーフミラー２の上面で反射して光Ｌ８として、液晶ディスプレイ１に入射し、液晶ディスプレイ１の表面に結像される。
【０００９】
このようにして、液晶ディスプレイ１の表面に結像した表示画像の光Ｌ９が、同図（ｃ）に示すように、ハーフミラー２で反射して、光Ｌ１０として凹面鏡３に入射し、凹面鏡３で反射した光Ｌ１１が、ハーフミラー２を透過して、観察眼５にゴースト光Ｌｇとして入射するので、観察者には、図２を参照して説明した正規光Ｌａに基づく液晶ディスプレイ１の表示画像の拡大虚像に、ゴースト光Ｌｇに基づく、表示画像の虚像が重畳されて観察され、本来の表示画像の拡大虚像が大変見にくいものとなる。
【００１０】
本発明は、前述したようなこの種の光学視覚装置の現状に鑑みてなされたものであり、その目的は、画像表示を行なう液晶ディスプレイでの反射に基づくゴースト像の発生を防止することが可能な光学視覚装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、画像を表示面に表示する液晶表示ディスプレイと、該液晶表示ディスプレイの表示画像の光路を分岐するハーフミラーと、該ハーフミラーでの反射光路の光に基づいて、前記ハーフミラーを介して前記画像を虚像として拡大観察する凹面鏡とからなる光学視覚装置であって、前記液晶表示ディスプレイと前記ハーフミラー間に、所定方向に振動する前記液晶表示ディスプレイからの光の振動方向を多方向にするディフューザが前記液晶表示ディスプレイの表示面から離間して配設されていることでゴースト光を除去することを特徴とするものである。
【００１２】
同様に前記目的を達成するために、請求項２記載の発明は、画像を表示面に表示する液晶表示ディスプレイと、該液晶表示ディスプレイの表示画像の光路を分岐するハーフミラーと、該ハーフミラーでの反射光路の光に基づいて、前記ハーフミラーを介して前記画像を虚像として拡大観察する凹面鏡とからなる光学視覚装置であって、前記ハーフミラーは光の振動方向により反射率が異なり、前記液晶表示ディスプレイと前記ハーフミラー間に１／２波長板が配設され、前記１／２波長板により、前記液晶表示ディスプレイからの直線偏光の光をハーフミラーによる反射率が低くなる振動方向に回転させることでゴースト光を除去することを特徴とするものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
［第１の実施の形態］
本発明の第１の実施の形態を図１を参照して説明する。
図１は本実施の形態の構成を示す説明図である。
【００１５】
本実施の形態では、図１に示すように、背後に照明光を照射する光源８が配置され、観察画像が表示される液晶ディスプレイ１の表示面に対向して、オパールガラスなどで形成され、巨視的に見て屈折法則に無関係に多方向に光を拡散透過するディフューザ１５が配設され、このディフューザ１５の後段に、ディフューザ１５に対向してハーフミラー２が配設され、ハーフミラー２に対向して、ハーフミラー２からの反射光が入射される凹面鏡３が配設されている。
【００１６】
前記液晶表示ディスプレイ１は、対向して配設されるカバーグラス１１間に液晶１２が充填され、カバーグラス１１の内面には、透明電極１３が取り付けられ、カバーグラス１１の外面に偏光フィルタ１０が取り付けられた構成を有している。
【００１７】
このような構成の本実施の形態の動作を説明する。
本実施の形態では、液晶ディスプレイ１が、光源８からの照明光によつて背面から照射され、液晶ディスプレイ１の表示画像の光Ｌ１は、偏光フィルタ１０によって、選択される所定方向に振動する光となり、この光Ｌ１がディフューザ１５を通過すると、巨視的に見て振動方向が多方向の光Ｌ１ａとなり、この光Ｌ１ａがハーフミラー２で反射して光Ｌ２ａとなり、この光ｌ２ａが凹面鏡３に入射する。そして、凹面鏡３で、光Ｌ２ａに基づいて、液晶ディスプレイ１の表示画像の拡大虚像が形成され、この拡大虚像の光Ｌ３ａが、ハーフミラー２を透過し、正規光Ｌａとして観察眼５に入射し、観察者によつて液晶ディスプレイ１の虚像が拡大観察される。
【００１８】
本実施の形態では、ハーフミラー２からの反射光Ｌ２ａが、凹面鏡３の表面で反射してゴースト光の基になる光が発生した場合には、図１に点線で示す凹面鏡３からの反射光Ｌ３は、ハーフミラー２のハーフコーディングが施された上面で反射して、ディフューザ１５を透過して液晶ディスプレイ１に入射するが、その際偏光フィルタ１０によって光束のほぼ１／２が吸収される。
すでに、図３で説明したように、問題とするゴースト光の場合には、２回ディフューザを通過して、観察眼５に入射することになり、ゴースト光Ｌｂの光量は１／４に減少する。
【００１９】
このように、本実施の形態によると、液晶ディスプレイ１と凹面鏡３間を、往復反射して観察眼５に入射するゴースト像の基になるゴースト光Ｌｂは、液晶ディスプレイ１とハーフミラー２間に配設されたディフューザ１５と、液晶ディスプレイ１の偏光フィルタ１０とによって、光量が１／４に低減するので、液晶ディスプレイ１の表示画像のゴースト像が大幅に低減された高品質の虚像の拡大観察を行なうことが可能になる。
【００２０】
［第２の実施の形態］
本発明の第２の実施の形態を説明する。
本実施の形態では、すでに図１を参照して説明した第１の実施の形態に対して、ディフューザ１５に代えて、１／２波長板が配設されている。
本実施の形態のその他の部分の構成は、すでに説明した第１の実施の形態と同一なので、重複する説明は行なわない。
【００２１】
このような構成の本実施の形態の動作を説明する。
本実施の形態では、液晶ディスプレイが、光源からの照明光によつて背面から照射され、液晶ディスプレイの表示画像の光は、１／２波長板を通過してハーフミラーに入射し、ハーフミラーでの反射光が凹面鏡に入射し、凹面鏡で液晶ディスプレイの表示画像の拡大虚像が形成され、この拡大虚像の光が、ハーフミラーを透過して、正規光として観察眼に入射し、観察者によつて液晶ディスプレイ１の虚像が拡大観察される。
【００２２】
本実施の形態では、ハーフミラーからの反射光が、凹面鏡の表面で反射してゴスト光の基になる光が発生した場合には、この凹面鏡からの反射光は、１／２波長板によって、ハーフミラーの反射率の低くなる方向に振動方向が回転されているので、ハーフミラーのハーフコーディングが施された上面で反射して、液晶ディスプレイ１に戻る光は殆どなくなる。
【００２３】
このように、本実施の形態によると、液晶ディスプレイと凹面鏡間を、往復反射して観察眼に入射するゴースト像の基になるゴースト光は、液晶ディスプレイとハーフミラー間に配設された１／２波長板が、光をハーフミラーの反射率が低下する振動方向に振動方向を回転させるので、ゴースト光の基になる光が、ハーフミラで反射して液晶ディスプレイに戻ることが殆どなく、ゴースト光の光量が大幅に低減するので、液晶ディスプレイ１の表示画像のゴースト像が殆ど除去された高品質の虚像の拡大観察を行なうことが可能になる。
【００２４】
［第３の実施の形態］
本発明の第３の実施の形態を説明する。
本実施の形態では、すでに図１を参照して説明した第１の実施の形態に対して、ディフューザ１５に代えて、１／４波長板が配設されている。
本実施の形態のその他の部分の構成は、すでに説明した第１の実施の形態と同一なので、重複する説明は行なわない。
【００２５】
このような構成の本実施の形態の動作を説明する。
本実施の形態では、液晶ディスプレイが、光源からの照明光によつて背面から照射され、液晶ディスプレイの表示画像の光は、１／４波長板によって、直線偏光から円偏光に変換されてハーフミラーに入射し、ハーフミラーでの反射光が凹面鏡に入射し、凹面鏡で液晶ディスプレイの表示画像の拡大虚像が形成され、この拡大虚像の光が、ハーフミラーを透過して、正規光として観察眼に入射し、観察者によつて液晶ディスプレイの虚像が拡大観察される。
【００２６】
本実施の形態では、ハーフミラーからの反射光が、凹面鏡の表面で反射して、ゴースト光の基になる光が発生した場合には、この凹面鏡からの反射光が、ハーフミラーのハーフコーティング面で反射して、１／４波長板に入射すると、光の振動方向が本来と直交する振動方向の光に変換されることになり、実際にはこの時点でゴースト光の基になる光は全て吸収されることになり、ゴースト光の発生は完全に防止される。
【００２７】
このように、本実施の形態によると、液晶ディスプレイとハーフミラー間に１／４波長板が配設されているので、液晶ディスプレイと凹面鏡間を、往復反射して観察眼に入射するゴースト像の基になるゴースト光は、ゴスト光の基になる凹面鏡での反射光が、ハーフミラーで反射して１／４波長板に入射すると、本来と直交する振動方向の光に変換され、この時点でゴースト光の基になる光は全て吸収されるので、液晶ディスプレイの表示画像のゴースト像のない高品質の虚像の拡大観察を行なうことが可能になる。
【００２８】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によると、液晶表示パネルに表示される画像が、光源からの光によって背面から照射され、表示画像の光が、ディフューザを通過して、ハーフミラーのハーフコーティング面で反射されて、凹面鏡に入射する光と、ハーフミラー内に侵入する侵入光とに分岐され、ハーフミラーのハーフコーティング面での反射光が凹面鏡に入射し、凹面鏡によって表示画像が虚像として拡大観察されるが、液晶ディスプレイ１と凹面鏡間を、往復反射して観察眼に入射するゴースト像の基になるゴースト光は、液晶ディスプレイとハーフミラー間に配設されたディフューザと、液晶ディスプレイの偏光フィルタとによって、光量が大幅に低減するので、液晶ディスプレイの表示画像のゴースト像が殆ど除去された高品質の虚像の拡大観察を行なうことが可能になる。
【００２９】
請求項２記載の発明によると、液晶表示パネルに表示される画像が、光源からの光によって背面から照射され、表示画像の光が、１／２波長板を通過して、ハーフミラーのハーフコーティング面で反射されて、凹面鏡に入射する光と、ハーフミラー内に侵入する侵入光とに分岐され、ハーフミラーのハーフコーティング面での反射光が凹面鏡に入射し、凹面鏡によって表示画像が虚像として拡大観察されるが、液晶ディスプレイ１と凹面鏡間を、往復反射して観察眼に入射するゴースト像の基になるゴースト光は、液晶ディスプレイとハーフミラー間に配設された１／２波長板によって、光の振動方向が、ハーフミラーでの反射率が低下する振動方向に回転していて、ゴースト光の基になる光が、ハーフミラで反射して液晶ディスプレイに戻ることが殆どなく、ゴースト光の光量が大幅に低減するので、液晶ディスプレイ１の表示画像のゴースト像が殆ど除去された高品質の虚像の拡大観察を行なうことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の構成を示す説明図である。
【図２】従来の光学視覚装置による液晶ディスプレイの画像の拡大観察の説明図である。
【図３】従来の光学視覚装置における液晶ディスプレイでの反射に起因するゴースト像発生の説明図である。
【符号の説明】
１…液晶ディスプレイ、２…ハーフミラー、３…凹面鏡、５…観察眼、８…光源、１０…偏光フィルタ、１２…液晶、１３…透明電極、１５…ディフューザ

Claims (2)

1. 画像を表示面に表示する液晶表示ディスプレイと、該液晶表示ディスプレイの表示画像の光路を分岐するハーフミラーと、該ハーフミラーでの反射光路の光に基づいて、前記ハーフミラーを介して前記画像を虚像として拡大観察する凹面鏡とからなる光学視覚装置であって、
   前記液晶表示ディスプレイと前記ハーフミラー間に、所定方向に振動する前記液晶表示ディスプレイからの光の振動方向を多方向にするディフューザが前記液晶表示ディスプレイの表示面から離間して配設されていることでゴースト光を除去する
   ことを特徴とする光学視覚装置。
2. 画像を表示面に表示する液晶表示ディスプレイと、該液晶表示ディスプレイの表示画像の光路を分岐するハーフミラーと、該ハーフミラーでの反射光路の光に基づいて、前記ハーフミラーを介して前記画像を虚像として拡大観察する凹面鏡とからなる光学視覚装置であって、
   前記ハーフミラーは光の振動方向により反射率が異なり、
   前記液晶表示ディスプレイと前記ハーフミラー間に１／２波長板が配設され、前記１／２波長板により、前記液晶表示ディスプレイからの直線偏光の光をハーフミラーによる反射率が低くなる振動方向に回転させることでゴースト光を除去する
   ことを特徴とする光学視覚装置。

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